新能源汽车整车控制技术 课件 项目五 电动助力系统检测与维修

新能源汽车整车控制技术高等职业教育新能源汽车类专业Contents项目一整车控制系统检测与维修项目二高压电源系统检测与维修项目三整车驱动控制系统检测与维修项目四电动空调系统认识与维修项目五电动助力系统检测与维修任务1电动转向系统检修

任务2电动真空助力制动系统检修

项目五电动助力系统检测与维修一.任务引入任务1电动转向系统检修

一辆比亚迪E5电动汽车在车辆正常行驶中，为躲避前方障碍物，打转向盘时突然没有了助力，驾驶人将车开到4S店，经技术人员检查后确认电动转向机发生了故障，更换转向机后故障消失

。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（一）电动转向系统组成1.电动助力转向系统的分类

液压式电控动力转向系统（EHPS）是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了电动液压泵、扭矩及车速传感器和电子控制单元等形成的。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

①转向柱助力式②小齿轮助力式③齿条助力式三种

电动式电子控制动力转向系统（EPS）是在传统的机械式转向系统的基础上，利用电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和转动方向。

电动式电子控制动力转向系统按照助力电机的布置方式一般可分：二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

2.电动助力转向系统的组成EPS系统一般由机械转向系统加上转矩传感器、转角传感器、车速传感器、电子控制单元、助力电机、减速器等组成。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

比亚迪E5车型使用齿条电动助力转向器，为非同轴式REPS，即转向器助力电动机与转向器丝杠轴不同轴，电动机通过传动带连接转轴和丝杠螺母；该系统是由传感器(力矩-转角传感器、车速传感器)、控制器(EPS电子控制单元)、执行器(EPS电机)以及相关机械部件组成。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（1）扭矩传感器

扭矩传感器用来检测转向盘转矩、转角的大小和方向，它是EPS的控制信号之一。①霍尔集成电路式

霍尔集成电路式是在扭力杆上布置多极磁体，通过周围设置的磁束环使扭力杆扭转产生的磁力不平衡得以聚合，并使用霍尔集成电路的方式。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

霍尔式扭矩传感器工作原理：

当车辆直行时，上、下面磁轭的“指”没有磁感线通过霍尔传感器，两个霍尔传感器输出电压相同，当向左或右转动转向盘时，扭杆发生扭转变形，多极磁铁相对磁轭转过一个很小的角度。上、下面磁轭的“指”有磁感线通过霍尔传感器，

此时两个霍尔传感器输出电压呈反向变化，磁腭的“指”越靠近磁极中心线，磁场强度就越大，电压变化幅度就越大。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

②磁感应式磁感应式扭矩传感器结构：由安装于扭力杆（输入轴和输出轴通过扭力杆连接在一起）上下位置的检测线圈和校正线圈、检测电路板及凹凸检测环组成。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

磁感应式扭矩传感器原理：

通过检测扭力杠杆的扭曲程度,转换为电信号来计算扭力杆上的转矩,并将信号传输给EPS控制器。检测误差1和检测误差2的功能是校正温度误差,它们可以检测校正圈中的温度变化并校正温度变化引起的误差。检测线圈通过对偶电路可以输出2个信号VT1(转矩传感器信号1)和VT2(转矩传感器信号2)。ECU根据这两个信号控制助力大小,同时检测传感器故障。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

直线行驶时：如果车辆直线行驶且驾驶人没有转动转向盘,则ECU会检测出的转向盘位置,不向EPS电动机供电。转向时：驾驶人向左或向右转动转向盘时，扭力杆的扭曲就会在检测环2和检测环3之间产生相对位移，检测环可以把这个变化转换为两个电信号VT1和VT2，并发送到EPS控制器。转向盘左转时，输出一个比自由位置输出电压低的电压，转向盘右转时，输出一个比自由位置输出电压高的电压，这样,就可以根据输出电压检测出转向力大小和转向方向。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（2）电动机EPS中使用的电机分为有刷电机和无刷电机。

无刷电机本身不带有整流作用，所以需要内置转角传感器，通过电路切换对应转角信号的电流，结构复杂且成本高。无刷电机的输出转矩控制是通过控制其输入电流来实现，而电动机的正转和反转则是由电子控制单元(ECU)输出的正反转触发脉冲控制。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（3）减速机构

主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。比亚迪E5转向器采用皮带传动蜗轮蜗杆减速机构二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（4）EPS控制器EPS控制器主要由硬件电路和软件程序组成①停车下电状态时，EPS不工作，当钥匙开关处于On挡,EPS开始工作(进行自检、与整车控制器VCU开始通讯)。②EPS正常工作时,EPS根据接收来自VCU的车速信号、唤醒信号及来自扭矩传感器的扭矩信号和EPS助力电机的位置、转速、转子位置、电流、电压信号等进行综合判断,以控制EPS助力电机的扭矩、转速和方向。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

③转向控制器在上电200ms内完成自检，上电200ms后可以与CAN线交互信息，上电300ms后输出转向故障和转向状态信息，上电1200ms后输出控制系统版本信息。④当EPS检测到故障时,通过CAN总线向VCU发送故障信息,并采取相应的处理措施。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（二）电动转向控制原理与策略1.EPS基本工作原理

当转向轴转动时，转矩传感器和车速传感器分别测出驾驶者施加在转向盘上的操纵力矩和车辆当前的行驶速度(回正时还要用到角度传感器)，转矩传感器将检测到的转矩信号转化为电信号送至电子控制单元ECU，ECU接收转矩信号、车速信号等信号，根据内置的控制策略和算法，计算出此时需要的理想助力力矩，再换算为相应的电流，驱动助力电机按该电流运行。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

2.EPS控制策略

在高速时则适当减小放大倍率，以稳定转向手感，提高高速行驶的操纵稳定性。

汽车转向时，力矩—转角传感器把检测到的信号大小、方向经处理后传给EPS电子控制单元，EPS电子控制单元根据车速传感器和力矩-转角传感器的信号决定电机旋转方向和助力力矩的大小。同时电流传感器检测电路的电流，对驱动电路实施监控，最后由驱动电路驱动电机工作，实施助力转向。二.相关理论知识（三）电动转向系统故障诊断与控制部件检测任务1电动转向系统检修

1.电动助力转向常见故障与排除二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

2.电动助力转向故障诊断故障部位

：ECU故障、力矩—转角传感器故障、电机温度、电机过电流、电源电压低、电源电压供电线路类故障以及模块通信故障。故障诊断：首先用故障诊断仪读取故障码，通过故障码定义和相关的电路图检修；也可以根据具体的数据流对比当前数据是否正常。

二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

2.电动助力转向故障诊断诊断过程：（1)举升车辆查看插接件是否松动或脱落，特别是电机和ECU插接件。(2)用故障诊断仪检查是否有扭矩传感器故障、电机过电流等故障码。

二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

3.电动转向系统控制部件检测

（1）比亚迪E5转向力矩传感器检测8根导线均与转向控制单元相连，分别为电源线VCC1、VCC2、接地线GND1，GND2，信号线TQ1、信号线TQ2。检测步骤如下。①打开点火开关，用诊断仪读取转向力矩传感器故障码和数据流，转动转向盘，确认转角信号值是否在标准值范围内。②在点火开关打开条件下，用万用表20V直流电压挡测量电源线与接地线之间电压。电压值应在标准值范围内，否则为电控单元故障或传感器与电控单元之间的导线发生故障。

二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

③转动转向盘，用万用表20V直流电压挡测量信号线1与信号线2之间的电压，电压值应在标准值范围内，否则为传感器损坏。二.相关理论知识任务1电动转向系统检修

（2）转向电动机检测转向电机的2根供电导线均与转向控制单元相连。①用万用表20V直流电压挡测量转向控制单元电源线与搭铁部位之间的电压。电压值应在蓄电池电压标准值范围内。②转动转向盘，将电流表串联在蓄电池与转向控制单元电源之间或转向控制单元与接地线之间，测量通过的电流值。电流值应在标准值范围内。

③拔下转向电动机供电插头，用万用表测量电动机电阻应在标准值范围内，测量电机插头与电机外壳绝缘应良好，也可直接对电机通12V电进行运转测试。北汽EV车系电动转向电动机电路接线三.任务实施准备工作1.防护装备:常规实训着装。2.车辆、台架.总成:比亚迪E5纯电动汽车或其他同类新能源车辆。3.专用工具、设备:汽车故障诊断仪、举升机或其他适用的设备。4.手工工具:组合工具。5.辅助材料:无。

操作流程1.拆卸电动助力转向总成2.安装电动助力转向总成

3.3进行转角信号与扭矩信号标定4.安装后检查操作提示

在进行安全气囊的拆卸过程中必须断开蓄电池，避免发生危险。储存安全气囊时，必须使有标示的一面向上，避免发生偶然展开，造成损失。以比亚迪E5为例，介绍新能源汽车电动助力转向总成的更换步骤

任务

2整车电源充电系统检修电动助力转向总成拆装三.任务实施任务1电动转向系统检修

1、拆卸电动助力转向总成（1）断开转向万向节①使车辆处于断电状态，车轮保持在正前方向，拆卸转向盘、万向节防尘罩总成，分离中间轴总成（中间轴及万向节）。注：断开万向节前，必须拆除转向盘。否则，可能会损坏时钟弹簧。②分离万向节防尘罩总成骨架卡子与车身的连接。三.任务实施任务1电动转向系统检修

（2）分离左、右侧转向外拉杆，拆卸左前轮，拆掉摆臂与摆臂球头销总成的安装螺栓和螺母。取下左侧外拉杆总成与转向节开口销，并拆下六角开槽螺母，从转向节上分离左侧外拉杆，用同样的方法分离右侧外拉杆。三.任务实施任务1电动转向系统检修

（3）拆卸副车架及电动助力转向系统总成

①用举升设备顶住副车架主体总成，拔下电源接插件及CAN信号接插件，拆掉副车架主体以及前副车架前、后安装支架与车

身的八个连接螺栓②降落举升设备，副车架及电动助力转向系统总成随之落下。三.任务实施任务1电动转向系统检修

（4）分离电动助力转向总成①拆下横向稳定杆，从电动助力转向器带横拉杆总成上拆下万向节下防尘罩总成，在左右两侧外拉杆总成与内拉杆上做好装配标记。三.任务实施任务1电动转向系统检修

②拆卸左右两侧外拉杆，从前副车架总成拆下电动助力转向系统总成固定螺栓，（4个螺栓、4个螺母），拆卸电动助力转向器带横拉杆总成。三.任务实施任务1电动转向系统检修

2.安装电动助力转向总成安装过程与拆卸过程相反；注意事项如下：（1）将外拉杆总成连接到电动助力转向器上时，将拉杆锁紧螺母和左外拉杆总成连接到电动助力转向器上，直至装配标记对齐，用4个螺栓和4个螺母将电动助力转向器带横拉杆总成安装至前副车架总成上时，拧紧力矩为70N·m。（2）安装万向节下防尘罩时，万向节下防尘罩圆孔与转向器壳体上的凸台对齐，以安装孔盖。（3）左、右两侧外拉杆六角开槽螺母拧紧力矩为49N·m；如果开口销孔未对齐，将螺母进一步拧到对齐，并更换新的开口销，左右两侧车轮的拧紧力矩为120N·m，调整四轮定位，四轮定位完成后，拧紧左右外拉杆锁紧螺母，拧紧力矩为74N·m。三.任务实施任务1电动转向系统检修

3.进行转角信号与扭矩信号标定标定转角、扭矩信号前，禁止进行遥控驾驶操作，否则可能会引起严重损坏故障；用诊断仪进行标定操作时，把手离开转向盘，转向盘不能受外在力的影响，否则可能会引起严重损坏故障。EPS系统的标定包括扭矩信号标定和转角信号标定，具体步骤如下（1）保证轮胎压力正常，前轮朝正前方向，且转向盘居中。

（2）连接故障检测仪ED400，接通点火开关（不启动发动机），进入5A车型界面。（3）依次选择“比亚迪EPS”→“转角信号标定”→“当前转角设为零点”进行转角信号标定。（4）完成转角信号标定后，按任意键返回上一菜单，依次选择“扭矩信号标定”→“当前扭矩设为零点”进行扭矩信号标定，完成扭矩信号标定后，EPS系统标定完成。注意：标定过程中，不要开关车门、发动机室盖及行李箱盖，以免产生干扰。4.清除故障码重新上OK电，然后用诊断仪清除R-EPS系统故障码。一.任务引入任务2电动真空助力制动系统检修

一辆电动汽车出现制动力不足需要进行维修，客户反映制动踏板发硬，刹车性能差，经汽车售后服务人员检查，确认制动系统电动真空泵损坏，更换电动真空泵后故障排除。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（一）电动真空助力制动系统组成

当前绝大多数的新能源汽车采用真空助力器式液压制动系统，通过人力和真空助力装置并用来提高施加在制动器上的作用力二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

传统汽车真空助力装置的真空源来自于发动机进气歧管，真空度负压一般可达到0.05～0.07MPa。纯电动汽车需要单独安装一个电动真空泵来为真空助力器提供真空源。（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

电动真空助力系统由真空泵、真空罐、真空泵控制器（一些车辆集成到整车控制器（VCU）或车身电子稳定控制器（ESC）里）以及真空助力器等组成，电动真空助力系统各部件在汽车上的安装位置（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

电动真空助力系统的主要组成元件。（1）电动真空泵

电动真空泵由12V直流电动机和叶片式空气泵组成。主要作用是将真空罐内的空气抽出，使真空罐获得真空状态。为真空助力器提供可靠的真空源，保证助力器内的真空度维持在一定的水平，为汽车行驶提供良好的制动效能、保障行车的安全性。

（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（2）真空罐

真空罐用于储存真空，并通过真空压力传感器感知真空度并把信号发送给真空泵控制器（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（3）真空泵控制器

真空泵控制器是电动真空系统的核心部件。真空泵控制器根据真空罐真空压力传感器发送的信号控制真空泵工作，真空泵控制器安装位置及线路（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（4）真空压力传感器

将真空罐內真空压力转变成电信号，发送给真空泵控制器，真空泵控制器以此信号控制真空泵工作，真空压力传感器电路与安装位置（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（5）制动深度传感器制动深度传感器安装在制动踏板上，作用是根据制动力需求进行能量回馈控制，比亚迪E6制动深度传感器其与电机控制器连接电路，传感器安装位置与电路（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（6）制动灯开关

制动灯开关的作用是控制制动灯的开启和关闭，同时将制动信号送到VCU进行制动优先控制。制动灯开关安装在驾驶室内制动踏板支架上，用以判断制动踏板是否被踩下。（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（7）真空助力器

真空助力器和制动主缸通过螺栓固定在车身前围上，推杆与制动踏板连接，伺服气室由前后壳体组成，其间夹装有膜片和座，它的前腔经单向阀通真空罐，后腔膜片座中装有控制阀，空气阀和推杆固定连接，橡胶阀门与在膜片座上加工出来的阀座组成真空阀,真空助力器利用前后腔的压差提供助力。当驾驶人踩下制动时，真空阀先封闭，前腔和后腔隔闭；之后空气阀打开，后腔与大气相通。在压力差下，推动膜片移动，实现将驾驶人踩的力增大，实现助力作用。（一）电动真空助力制动系统组成二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

(二)电动真空泵控制策略与原理

1.真空泵起动策略

当驾驶人起动车辆时，12V电源接通，集成控制器（VCU）开始自检，如果真空压力传感器检测到真空罐内的真空度小于设定值，则控制电动真空泵开始工作，当真空压力传感器检测到真空罐内真空度大于设定值时，控制器延时15s左右后，停止电机工作，当真空罐内的真空度因制动消耗，真空度小于设定值时，集成控制器（VCU）控制电动真空泵再次开始工作，如此循环二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

2.真空泵工作原理

比亚迪e5电动真空泵由主控制器通过继电器进行控制，主控制器采集真空度压力传感器、刹车信号、水温信号及空调信号等，控制电子水泵冷却循环系统、双散热风扇系统工作；主控制器控制真空泵启停条件如下：当车速<60km/h：真空度低于60kPa时启动真空泵，达到75kPa时，控制器延时10s关闭真空泵。当车速≥60km/h：真空度低于70kP启动真空泵，达到75kPa时控制器延时10s关闭真空泵。(二)电动真空泵控制策略与原理

二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（三）电动真空助力制动系统电气部件检测

1.真空泵检测

用万用表测电机正负引脚，阻值无穷大为绕组断路，阻值为0或小于标准值为绕组短路；阻值正常，应为真空泵卡滞或定子永磁铁失磁。对于正负双线引出的电机还应检测电机插座正负引脚与真空泵机壳是否由短路现象，此外，检查插接头是否接反，检查电源插座的地线是否真实与地连接等。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

2.制动深度传感器检测

比亚迪e5制动深度传感器的2条5V电源线由电机控制器提供（连接器B05的2号和7号端子）。制动深度传感器（连接器B05的9号和10号端子）的2条负极线通过电机控制器内部搭铁,2条信号线分别输出与制动踏板行程变化成正、反比的电压，而两者电压之和近似是5V；万用表检测如下：将点火开关置于“ON”位置，用万用表电压挡测量导线连接器中传感器各端和接地端E2之间的电压，检测结果应符合表中所示。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

3.真空度压力传感器检测(1)传感器电源电压的检测

点火开关置于“OFF”位置，拔下真空度压力传感器的导线连接器，将点火开关置于“ON”位置，用万用表电压挡测量导线连接器中电源端VCC和接地端E2之间的电压。其电压值应为4.5~5.5V。如有异常，应检查压力传感器与ECU之间的线路是否导通。(2)传感器输出电压的检测接通点火开关，脱开一侧的真空软管，用万用表电压挡测量压力传感器信号3与搭铁2端子间在大气压力状态下的输出电压，并记下这一电压值，用手提式真空泵向进气压力传感器内施加真空，从13.3kPa起，每次递增13.3kPa，一直增加到66.7kPa为止，测量在不同真空度下传感器信号3与搭铁端子间的输出电压。该电压应能随真空度的增大而不断上升。将不同真空度下的输出电压下降量与标准值相比较，如不符，应更换压力传感器。

二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

(3)传感器搭铁线检测：插头2脚（负极）与搭铁间的搭铁电阻应为0Ω。4.制动开关检测

比亚迪e5制动开关电路。将点火开关置于“OFF”位置，拔下制动开关导线连接器，用万用表电阻挡测量制动开关导线连接器中插脚之间的电阻。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

（四）电动真空助力制动系统故障诊断方法

电动真空助力制动系统的故障现象主要包括：真空泵不转；真空度抽至上限设定值而电机不停转或真空泵工作但真空度达不到设定值。真空助力制动系统出现故障通常会报故障码，并点亮故障警示灯。以吉利帝豪EV450为例，其故障诊断方法如下。1.吉利帝豪EV450电动真空助力系统控制电路原理

高压上电后，ESC控制器(车身电子稳定控制器）控制真空泵继电器动作，让真空泵开始工作，真空罐压力达到70Kpa以上时，真空罐压力传感器发出信号到ESC控制器，使真空泵停止工作。当真空罐內真空度下降到50Kpa以下，真空罐压力传感器发出信号使ESC控制器再次控制真空泵工作，如此循环。VCU通过CAN线采集真空罐压力传感器信息，当踩下制动踏板，整车控制器（VCU）通过CAN线监测到真空罐压力不足55Kpa，就会给组合仪表发出信号触发仪表报警，若8s后真空仍未恢复到55Kpa以上，会给MCU（驱动电机控制器）发送信号，让车辆限速行驶。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

2．制动真空泵、控制系统功能诊断（1）车辆静止状态下打开启动开关，完全踩下制动踏板，踩踏3次。真空泵应正常启动，当真空度到达设定值时，电机应停止工作。（2）反复踩踏制动踏板至真空泵连续运转几次，使制动真空泵持续运转，观察真空泵有无异响、异味及真空泵控制系统插接件及连接线有无变形发热。如果真空泵出现异响、异味，有可能是真空泵内部严重磨损造成的。

3．管路接头检测（1）在制动真空泵工作时，检查连接软管有无漏气现象，如有漏气需立即更换。（2）检查制动真空泵与软管、制动真空罐与软管等各气管连接处有无破损或泄漏，如有破损或泄漏需立即更换。4．连接诊断仪，读取故障码及数据流通过故障诊断仪读取故障码和系统的数据流，根据具体数值判断系统可能出现的故障原因。如真空泵状态、真空泵的工作电流或真空系统压力值等。二.相关理论知识任务2电动真空助力制动系统检修

5.根据电路图分析故障

根据电路图检查电源、接地、控制模块、传感器以及真空泵等电路工作是否正常。（1）检查驾驶舱内熔丝盒的EF05/EF02号熔丝是否熔断，检查真空泵继电器ER03是否良好。（2）测量ESC控制器与真空压力传感器连接的5号、32号和9号端子，判断真空压力传感器的电源信号及信号线的通断情况，测量ESC控制器3号端子与继电器ER03是否连接良好。（3）测量电动真空泵的接线端子，判断真空泵电源及接地是否正常。（4）电气或真空泵等故障排除后，一定要进行常规的制动系统检查。除对制动盘和制动摩擦片等进行检查外，还需要将对真空助力制动管路及连接插头进行重点检查，其检查与故障排除方法与传统燃油车基本相同。最后在车辆故障排除后，仪表显示“READY”同时在启动时，能听到电动真空泵的运转声，表示车辆完全恢复正常。三.任务实施准备工作1.防护装备:常规实训着装。2.车辆、台架.总成:吉利EV450、比亚迪E5纯电动汽车或其他同类新能源车辆。3.专用工具、设备:万用表、汽车故障诊断仪